Огнетушащее полотно на основе базальтовой сетки Российский патент 2023 года по МПК A62C8/06 

Изобретение относится области противопожарной техники и предназначено для тушения пожаров разливов нефтепродуктов при транспортировке. В основе способа лежит принцип гашения пламени в узких каналах, применяемый в огнепреградителях, когда гашение обусловлено тепловыми потерями из зоны реакции к стенкам канала и происходит при величине диаметра канала меньше критического значения.

Уровень техники

В качестве аналогов рассмотрены следующие разработки:

1) огнезащитный вспучивающийся материал, выполненный в виде полиэфирной ткани с нанесенным на нее полимерным покрытием из поливинилхлоридной композиции, включающей трихлоралкилфосфат и наполнитель, отличающийся тем, что композиция дополнительно содержит хлорпарафин, диоктилфталат и фосфор борсодержащий олигомер, в качестве наполнителя композиция содержит гидроксид алюминия и борат цинка, а в качестве трихлоралкилфосфата - трихлорпропилфосфат (патент RU 2738111 С1, 08.12.2020). Назначение материала - использование в качестве противопожарных штор.

Недостатками является сложность изготовления материала, а также достаточно высокая инерционность вспучивания покрытия для использования в качестве первичного средства пожаротушения.

2) Термостойкое противопожарное покрывало, состоящее из негорючего тканого материала с термостойким адгезионным покрытием и сшитого, по меньшей мере, из двух его отрезков, отличающееся тем, что отрезки тканого материала с огнезащитным покрытием размещены относительно друг друга с возможностью формирования их поверхностями полной поверхности покрывала и сшиты между собой соединительными швами второго класса швейной металлизированной нитью по параллельно стыкуемым границам этих отрезков, причем огнезащитное покрытие негорючего тканого материала представляет собой застывший слой жидкоообразной смеси, рассредоточенный по его поверхности при формировании, а тканый материал выполнен из волокон и/или нитей с содержанием диоксида кремния не менее 45% (патент RU 205587 U1, 22.07.2021);

3) полотно противопожарное с гелевой пропиткой, состоящее из тканого или нетканого материала, пропитанного огнетушащим гелем, отличающееся тем, что огнетушащий гель состоит из загустителя, флегматизатора горения, антифриза, антисептика и воды в массовом соотношении: загуститель 0,05-10%, флегматизатор горения 1-15%, антифриз 1-30%), антисептик 0,1-10%, вода остальное (патент RU 126945 U1, 20.04.2013);

4) полотно противопожарное на основе микрокапсулированных огнетушащих веществ, включающее функциональный и несущий слои, отличающееся тем, что функциональный слой выполнен из композиционного материала, состоящего из полимерной матрицы и микрокапсул с ядром из огнетушащего вещества (патент RU 2751396 С1, 17.08.2021);

5) материал базальтовый огнезащитный рулонный «МБОР», выполненный из нетканого материала из базальтовых волокон, прошитых вязально-прошивным способом, отличающийся тем, что плотность прошивки составляет 10-12 петель по цепочке на отрезке 50 мм, при этом базальтовые волокна имеют размеры: толщина 1-2 мкм, длина до 200 мм (патент RU 74999 U1, 20.07.2008);

6) покрывало для изоляции очага возгорания спасательное, содержащее прямоугольный отрезок трехслойного огнезащитного полотна, в котором лицевой слой выполнен из базальтовой ткани, средний слой из клеенки подкладочной хлопкополиэфирной с ПВХ-покрытием, а внешний огнетеплозащитный слой выполнен из огнезащитного материала «Оксипан», дублированного огнезащитной тканью, отличающееся тем, что в качестве огнезащитной ткани используется кремнеземная ткань с количеством нитей на 1 см от 11 до 14 при толщине нитей 0,12 мм (патент RU 211355 U1, 01.06.2022);

7) огнезащитный волокнистый материал, состоящий из волокнистой основы, выполненной из волокон и/или нитей, с нанесенным на ее поверхность металлизированным покрытием, отличающийся тем, что волокна и/или нити выполнены пустотелыми и заполненными воздухом на 10-70% (патент RU 2008044 С1, 12.03.1992);

8) материал для защиты от теплового воздействия, состоящий из трех слоев, внешние из которых выполнены волокнистыми, и нанесенного на один из внешних слоев с наружной стороны металлизированного покрытия, отличающийся тем, что средний слой выполнен в виде воздухонаполненного полимерного субстрата, заполненного воздухом на 30-90% и толщиной 5-60 мм, а второй из внешних слоев со стороны, прилегающей к среднему слою, имеет металлизированное покрытие, при этом один или оба волокнистых слоя выполнены из пустотелых волокон и/или нитей, заполненных воздухом на 10-70% (патент RU 94036648 А1).

Общими недостатками перечисленных аналогов является сложность и дороговизна изготовления, а также прекращение горения путем изоляции, что требует плотного прижатия материала к поверхности расположения очага пожара и создает затруднения при тушении очагов большой площади, например, разливов нефтепродуктов.

В качестве прототипа принята огнегасительная базальтовая сетка для тушения пожаров класса В (патент RU 194307 U1, 05.12.2019), изготовленная на основе базальтовой ткани, отличающаяся тем, что в ткани выполнены отверстия диаметром, определенным с учетом критического диаметра канала пламягасящего элемента для горючей смеси. Указанная базальтовая сетка способна длительное время выдерживать высокую температуру, обладает низкой теплопроводностью, непроницаема для пламени. Огнетушащий эффект обусловлен гашением пламени в узких каналах, таким образом, устранена необходимость плотного прижатия сетки к поверхности расположения очага пожара при тушении.

Однако при большой площади очага горения для человека без средств индивидуальной защиты отсутствует возможность приблизиться к нему, а при попытке накрыть очаг базальтовой сеткой с безопасного расстояния ее масса может оказаться недостаточной для преодоления конвективных потоков, что не позволяет рассматривать прототип в качестве первичного средства пожаротушения для таких очагов.

Проведен расчет критического диаметра канала пламягасящего элемента для бензина АИ-92, определены безопасный и эквивалентный диаметр. Критический диаметр канала пламягасящего элемента определен по формуле:

где Ре - число Пекле;

R - универсальная газовая постоянная кДж/моль*K;

Т - начальная температура газовой горючей смеси, K;

λ - теплопроводность горючей смеси, Вт/(м*K);

S_u - нормальная скорость распространения пламени, м/с;

С_р - теплоемкость газовой горючей смеси при постоянном давлении, кДж/(кг*K);

Р - давление горючей смеси, Па;

М - молярная масса, кг/моль.

Диаметр канала пламягасящего элемента d_без с учетом коэффициента запаса надежности должен определяют как:

Наибольший допустимый размер квадратной ячейки канала пламягасящего элемента можно определить по формуле:

где r_Г - гидравлический радиус, мм;

S - площадь ячейки, мм²;

П - периметр ячейки, мм.

Для подтверждения расчетов проведены огневые испытания базальтовой сетки. Использованы образцы прямоугольной формы размером 0,25×0,25 м. Между базальтовых волокон были проделаны отверстия, диаметр которых соответствовал полученным расчетным данным, а именно 1,37 мм для бензина АИ-92. Испытания проводили в вытяжном шкафу при температуре воздуха в помещении 20-25°С. Бензин наливали в металлический поддон и поджигали. С помощью специального держателя накрывали очаг образцом сетки, при этом стойкое пламенное горение прекращалось мгновенно, выделения дыма не наблюдалось.

Предложена конструкция огнетушащего полотна, состоящего из базальтовой сетки, размер ячеек которой определен по формуле (3), и оборудованного гибкой утяжелительной вставкой из термостойкой резины по периметру. Вставка увеличивает массу огнетушащего полотна для преодоления конвективных потоков, что позволяет накрыть очаг, находясь на безопасном расстоянии.

Описание чертежа

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - базальтовая сетка; 2 - утяжелительная вставка.

Заявленное изобретение относится к области противопожарной техники и предназначено для тушения пожаров разливов нефтепродуктов при транспортировке. В основе способа лежит принцип гашения пламени в узких каналах огнетушащего полотна на основе базальтовой сетки, которая по периметру содержит гибкую утяжелительную вставку из термостойкой резины, при этом диаметр ячеек базальтовой сетки определен с учетом критического диаметра канала пламягасящего элемента для горючей смеси, причем утяжелительная вставка увеличивает массу огнетушащего полотна для преодоления конвективных потоков, что позволяет накрыть очаг, находясь на безопасном расстоянии. 1 ил.

Огнетушащее полотно состоит из базальтовой сетки, размер ячеек которой определен по формуле:

,

где

d_без – диаметр безопасности, мм;

d_экв – диаметр эквивалентный, мм;

– гидравлический радиус, мм;

S – площадь ячейки, мм²;

П – периметр ячейки, мм;

– размер ячейки канала пламегасящего элемента, мм,

при этом по периметру полотна расположена гибкая утяжелительная вставка из термостойкой резины.